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鋼絲繩芯輸送帶在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

摘要：基于TCK.W弱磁檢測技術(shù)，研制了TCK.W鋼絲繩芯輸送帶在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)

　　對輸送帶內(nèi)部斷繩、銹腐蝕、接頭位移、壓傷等隱蔽故障的定位、定性及定量檢測。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，該系統(tǒng)不僅具有檢測精度高、操作簡便、低能耗、零污染等突出特點(diǎn)，而且在減輕鋼絲繩芯輸送帶檢修作業(yè)強(qiáng)度的同時(shí)，對預(yù)防橫向斷帶事故起到重要的技術(shù)保障作用，同時(shí)還創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：在線自動監(jiān)測;弱磁檢測技術(shù);鋼絲繩芯輸送帶

　　中圖分類號：TM247;TM936 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001—0874(2011)03—044—03

　　DevelopmentandApplicationofOn--LineReal—TimeAutomatic

　　MonitoringSystemofSteelWireRopeCoreConveyorBelt

　　GUODong—bing，LIHuin，DOUBo—lin

　　(1.JingchengLanyanCoalCo.，Ltd.，Jincheng048006，China;

　　2.LuoyangTixikaiSteelWireRopeDetectingTechnologyCo.，Ltd.，Luoyang471003，China)

　　Abstract：The on-line real-time automatic monitoring system of TCK.W steel wire rope core conveyor belt is being researched and developed based on TCK.W weak magnetic detecting technique，which can realize the positioning qualitative and quantitative detecting of hidden faults in the conveyor belt such as broken ropes，corrosion，joint displacement and crushing.By practical application，this system has the features of high accuracy，easy operation，low power consumption and zero contamination.This system reduces lateral direction belt broken accident while Reducing the detecting operating strength of steel core conveyor belt.And it creates obviously economy effect.

　　Keywords：online automatic monitoring weak magnetic detecting technique steel wire rope conveyor belt.

　　1 概述

　　鋼絲繩芯輸送帶長期處于大運(yùn)量、長距離和重負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，尤其是在工況較惡劣的條件下運(yùn)輸，時(shí)常會出現(xiàn)接頭抽動、鋼絲繩被意外砸斷、輸送帶嚴(yán)重跑偏以及鋼絲繩銹蝕和疲勞等現(xiàn)象，一旦發(fā)生橫向斷帶或縱向撕裂等安全事故，將直接影響企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益。河南某大型國有礦業(yè)集團(tuán)在過去10年問，共發(fā)生輸送機(jī)斷帶事故24起，累計(jì)影響生產(chǎn)時(shí)間超過1800h，其中15起斷帶發(fā)生在接頭處，占了斷帶總數(shù)的60%。事故不僅造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，更是造成了人員傷亡。由于輸送帶的鋼絲繩芯嵌于輸送帶之間，若要實(shí)現(xiàn)對其檢測，最關(guān)鍵是能夠感應(yīng)和可靠提取鋼絲繩芯的原始損傷信號。傳統(tǒng)磁檢測方法的傳感器靈敏度低，并要求儀器必須貼近被測物才能檢測，故無法實(shí)現(xiàn)鋼絲繩芯輸送帶在線監(jiān)測。

　　以TCK.W鋼絲繩弱磁檢測技術(shù)為核心，晉城藍(lán)焰煤業(yè)公司與洛陽TCK.W鋼絲繩檢測技術(shù)公司聯(lián)合開發(fā)出TCK.W鋼絲繩芯輸送帶在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測系統(tǒng)，成功解決了在線檢測鋼絲繩芯輸送帶的接頭位移、斷芯、磨損、銹蝕、疲勞等故障的技術(shù)難題，創(chuàng)造了一種全新的安全監(jiān)管模式。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測輸送帶使用過程中的安全狀況，消除事故隱患，提高煤礦鋼絲繩芯輸送帶的現(xiàn)代化管理水平，而且可以科學(xué)降低輸送帶的使用成本，有效地提高了輸送帶的運(yùn)行效率。

　　2 TCK.W鋼絲繩芯輸送帶在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測系統(tǒng)

　　鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵在于采用了高靈敏的傳感器技術(shù)，由于TCK.W傳感器的靈敏度可達(dá)50V/mT，能感應(yīng)地磁場變化，其靈敏度是霍爾元件的25萬倍，是霍爾組件的7.14萬倍，因此其檢測裝置采取“寬距”非接觸檢測，與輸送帶之間的距離已達(dá)到100mm。這從根本上解決了對輸送帶在線檢測的關(guān)鍵難題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對輸送帶鋼絲繩芯在線實(shí)時(shí)定量、定性、定位檢測。

　　(1)系統(tǒng)構(gòu)成

　　TCK.W鋼絲繩芯輸送帶在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測系統(tǒng)主要由TCK.W-GMS型弱磁加載裝置、TCK.W—GMS型探傷檢測裝置、TCK.W-GMS型行程編碼器、TCK.W自控式聲光報(bào)警裝置及TCK.W多信道終端主控裝置等5部分構(gòu)成。

　　(2)系統(tǒng)技術(shù)流程

　　1)TCK.W-GMS型弱磁加載裝置。監(jiān)測系統(tǒng)能主要對輸送帶鋼絲繩芯進(jìn)行弱磁規(guī)劃，使輸送帶處于穩(wěn)定的待測狀態(tài)。

　　2)TCK.W-GMS型探傷檢測裝置。提取輸送帶鋼絲繩芯技術(shù)狀態(tài)原始信號，完成規(guī)定的數(shù)模和信息制式轉(zhuǎn)換，并對原始數(shù)據(jù)初步處理和信息存儲，再通過有線或無線的通訊傳輸方式，將鋼絲繩芯損傷信號實(shí)時(shí)傳輸給終端主控裝置。

　　3)TCK.W-GMS型行程編碼器。主要測量鋼絲繩芯輸送帶的帶速和行程，并將高密度采樣脈沖信號輸入探傷檢測裝置。

　　4)TCK.W自控式聲光報(bào)警裝置。根據(jù)探傷檢測裝置的檢測信號處理結(jié)果實(shí)時(shí)報(bào)警，其綠燈表示鋼絲繩芯輸送帶處于安全狀態(tài);黃燈表示鋼絲繩芯輸送帶存在局部隱患，需加強(qiáng)關(guān)注和維護(hù);紅燈則表示鋼絲繩芯輸送帶存在顯著險(xiǎn)情，處于危險(xiǎn)狀態(tài)，需立即采取停車調(diào)整、更換新帶等預(yù)設(shè)的應(yīng)急預(yù)案。

　　5)TCK.W多信道終端主控裝置。這是本系統(tǒng)的中樞，由中央處理組件、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和顯示終端等組成。它能對收到的檢測信號進(jìn)行全面的綜合分析，并將每日的分析處理結(jié)果存人數(shù)據(jù)庫，以便隨時(shí)檢索查詢，顯示終端可實(shí)施查詢或打印檢測數(shù)據(jù)分析報(bào)告，清晰完整地為用戶展現(xiàn)鋼絲繩芯輸送帶的實(shí)際安全狀態(tài)和損傷發(fā)展趨勢。

　　3 主要特點(diǎn)及技術(shù)性能

　　(1)主要特點(diǎn)

　　1) 采用TCK.W弱磁檢測技術(shù)?？赏瓿蓪︿摻z繩芯輸送帶各種損傷高可靠性和高精度的定量和定位在線自動檢測。

　　2) 高靈敏度檢測器遠(yuǎn)離輸送帶。它不受輸送帶運(yùn)行的帶速變化、上下抖動、跑偏等因素影響，采用了單元式組合設(shè)計(jì)，不受輸送帶寬度的限制，且安裝靈活方便。其軟件采用功能模塊化設(shè)計(jì)理念，人機(jī)界面友好，操作簡便。

　　3) 滿足井下防爆和煤礦各項(xiàng)技術(shù)要求。不僅適用于煤礦井下使用，也適合于露天等其它惡劣工況現(xiàn)場的全天候在線監(jiān)測。無需人工值守，檢測過程與輸送帶運(yùn)行同步在線實(shí)時(shí)完成，確保人身安全。

　　4) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲?？赏瓿蓪υ紨?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)時(shí)曲線/圖像顯示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮和大數(shù)據(jù)量的存儲，便于歷史記錄、事后分析和重放，并實(shí)時(shí)提供鋼絲繩芯輸送帶各類損傷的檢測結(jié)論、損傷等級、損傷類型分析等，還具有實(shí)時(shí)聲光報(bào)警提示功能。

　　5) 有聯(lián)動功能。能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶控制設(shè)備的聯(lián)動功能。

　　(2) 技術(shù)性能

　　1) 準(zhǔn)確檢測輸送帶鋼絲繩芯接頭、斷繩、銹腐蝕等損傷程度。經(jīng)工業(yè)現(xiàn)場的試驗(yàn)對比和分析統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)的接頭、斷繩實(shí)時(shí)檢出率達(dá)到100%，而且能夠準(zhǔn)確識別接頭階數(shù)和斷繩根數(shù);其它損傷實(shí)時(shí)檢出率>95%。

　　2) 金屬截面積損傷定量檢測誤差小。通過對輸送帶樣本預(yù)埋鋼芯損傷，再實(shí)施在線檢測的方式，驗(yàn)證了該系統(tǒng)對鋼絲繩芯50%～90%程度范圍內(nèi)金屬截面積損失的檢測誤差小于5%。

　　3) 定位分辨率高。對所測損傷點(diǎn)報(bào)警位置進(jìn)行驗(yàn)證，該系統(tǒng)對鋼絲繩芯損傷的定位分辨率達(dá)到1mm，可準(zhǔn)確監(jiān)測鋼芯接頭位移量。

　　4) 不受輸送帶運(yùn)行速度的影響。該系統(tǒng)采用空域采樣方法，無論輸送帶運(yùn)行速度的快慢，都能精確完成檢測任務(wù)。

　　5) 滿足各種寬度規(guī)格鋼芯輸送帶的檢測需要。成莊礦實(shí)施監(jiān)測的運(yùn)煤主輸送帶有1400mm寬度，實(shí)際采用2個(gè)并排的檢測單元，每個(gè)單元可覆蓋800mm帶寬，故對于大量不同寬度規(guī)格的鋼芯輸送帶，只需要根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)數(shù)量的單元組合，就能滿足對具體目標(biāo)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，對于用戶而言既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

　　4 應(yīng)用效果

　　TCK.W鋼絲繩芯輸送帶在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測在成莊礦應(yīng)用一年多來，對自用的鋼絲繩芯輸送帶實(shí)現(xiàn)了一種無紙化安全監(jiān)控的創(chuàng)新監(jiān)管模式，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會綜合效益。

　　(1)生產(chǎn)效率提高

　　成莊礦帶式輸送機(jī)長度為2670in，上下帶總長5400m，日常帶速為3.6～4m/s。若人工檢查時(shí)帶速在0.5nr/s左右，全程人工肉眼檢查一遍至少需3h，而且無法檢測出對鋼絲繩芯的接頭抽動、鋼芯斷裂、嚴(yán)重銹蝕和疲勞等損傷;采用x光成像檢測方法，仍不能快速可靠鑒定全程輸送帶的安全狀況，而且檢查時(shí)，常常擠占正常生產(chǎn)與正常檢修時(shí)間，嚴(yán)

　　重影響了主斜井帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)效率。采用在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測系統(tǒng)后，運(yùn)輸和檢測同步進(jìn)行，不僅克服了以前外觀檢查的固有缺陷，而且極大地延長了生產(chǎn)時(shí)間。一年可多運(yùn)煤67200t，年新增利潤873.6萬元。

　　(2) 節(jié)能降耗

　　鋼絲芯輸送帶檢驗(yàn)過程中產(chǎn)生的動力能耗主要包括輸送機(jī)能耗和檢測設(shè)備使用成本。輸送機(jī)驅(qū)動電機(jī)總的空載負(fù)荷為750kW，在每年576h開機(jī)檢查過程中，實(shí)際消耗電能達(dá)43.2萬kWh，按目前工業(yè)電價(jià)0.53f~/kWh計(jì)算，每年就需23萬元。應(yīng)用該系統(tǒng)后，由于該系統(tǒng)的功耗<200W，全年產(chǎn)生的電費(fèi)幾乎可以忽略不計(jì)，不僅避免了輸送機(jī)的空轉(zhuǎn)能耗，而且減少了輸送機(jī)的啟停次數(shù)和延長了設(shè)備的使用壽命。

　　(3) 節(jié)約設(shè)備費(fèi)用

　　該系統(tǒng)能夠?qū)斔蛶Ц鞣N損傷的安全隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷和及時(shí)預(yù)報(bào)，杜絕了因盲目檢修和更新輸送帶而造成浪費(fèi)。使用該系統(tǒng)后，還可以為鋼絲繩芯輸送帶的報(bào)廢更新提供重要技術(shù)依據(jù)，從而能合理延長輸送帶和輸送機(jī)整機(jī)的使用壽命。

　　5 結(jié)語

　　TCK.W鋼絲繩芯輸送帶在線實(shí)時(shí)自動監(jiān)測系統(tǒng)通過晉城煤業(yè)集團(tuán)公司成莊礦一年多的實(shí)際應(yīng)用，能實(shí)時(shí)監(jiān)測鋼絲繩芯輸送帶的安全狀態(tài)，可靠預(yù)防斷帶事故，科學(xué)降低鋼絲繩芯輸送帶使用成本，有效提高設(shè)備運(yùn)行效率，不僅在技術(shù)上達(dá)到國內(nèi)外領(lǐng)先水平，而且具有十分突出的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。該裝置初期投入30萬元，一年為企業(yè)創(chuàng)造近1100萬元的直接經(jīng)濟(jì)效益。

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　　作者簡介：享B東兵(1971一)，男，高級Z-程師。1993年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院(碩士學(xué)位)，現(xiàn)在晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊煤礦從事技術(shù)工作。

　　(收稿日期：2010—07—07;責(zé)任編輯：姚克)

科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書

輸送帶斷裂事故視頻

2016年8月31日，河南永華能源有限公司嵩山煤礦皮帶上山上部皮帶在機(jī)頭卸載滾筒后40米處發(fā)生斷帶，累計(jì)影響時(shí)間11.5小時(shí)。

2015年8月7日，中煤15112上山皮帶機(jī)滾筒內(nèi)卡入一塊矸石，將機(jī)尾滾筒卡死，主機(jī)滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動，將膠帶磨斷。

2013年12月10日，輸煤分廠C14B皮帶斷裂，直接原因：末煤倉滿煤導(dǎo)致原煤被C14B二層皮帶反帶至皮帶拉緊閘間后，托起皮帶拉緊裝置，造成皮帶打滑，皮帶磨損導(dǎo)致皮帶斷裂。

2011年8月20日烏蘭木倫礦3-1煤大巷膠帶機(jī)帶面硫化頭開裂事故

2011年2月22日，萬利一礦西膠運(yùn)膠帶機(jī)斷帶事故，共計(jì)影響生產(chǎn)45小時(shí)10分鐘。

2009年3月12日，象山礦井主暗斜井發(fā)生了一起主運(yùn)輸平帶斷帶事故，事故造成主暗斜井運(yùn)輸設(shè)備多臺報(bào)廢，系統(tǒng)癱瘓，礦井停產(chǎn)8天，并有4人受傷。直接經(jīng)濟(jì)損失300多萬元

2008年7月11日，芙蓉集團(tuán)杉木樹礦主斜井鋼繩芯膠帶輸送機(jī)發(fā)生膠帶接頭。

2008年11月10日，河北邯鄲冀中能源峰峰集團(tuán)萬年煤礦發(fā)生運(yùn)人皮帶斷裂意外事故，造成4人死亡，13人受傷。峰峰集團(tuán)稱，事故原因初步查明，乃皮帶自然下滑速度較快，發(fā)生斷裂。